Chemie paliva a maziva cvičení, pracovní sešit, (II. část).

Transkript

1 Chemie paliva a maziva cvičení, pracovní sešit, (II. část). Ing. Eliška Glovinová Ph.D. Tato publikace je spolufinancována z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky. Byla vydána za podpory projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/ Inovace studijních programů AF a ZF MENDELU směřující k vytvoření mezioborové integrace

2 Pracovní sešit (II. Část): CHPMC-C Chemie, paliva a maziva cvičení Kód předmětu: Název v jazyce výuky: Název česky: Název anglicky: Počet přidělených ECTS kreditů: 2 Forma výuky předmětu: Forma a požadavky na ukončení předmětu: Jazyk výuky: Doporučený typ a ročník studia: Semestr: Garant předmětu: Garant inovace: Vyučující: CHPMC-C Chemie, paliva a maziva - cv Chemie, paliva a maziva - cv Chemistry, Fuels and Greases prezenční zápočet čeština Bakalářský, I. ročník zimní Prof. RNDr. Hana Dočekalová, CSc. Ing. Eliška Glovinová, PhD. Ing. Eliška Glovinová,PhD.

3 NEJBĚŽNĚJŠÍ VELIČINY POUŽÍVANÉ V CHEMICKÝCH VÝPOČTECH A V CHEMII POUŽÍVANÉ JEDNOTKY Relativní atomová hmotnost A r... bezrozměrná veličina Relativní molekulová hmotnost M r... bezrozměrná veličina Molární hmotnost M... jednotka g/mol Látkové množství n... jednotka g/mol Molární objem V m... jednotka l/mol Látková koncentrace c... jednotka mol/l Hustota... jednotka g/l Objem V... jednotka l, ml Hmotnostní zlomek W B... bezrozměrná veličina Objemový zlomek B... bezrozměrná veličina Hmotnost m B... jednotka kg/g DOPLŇTE DEFINICE: Relativní atomová hmotnost Relativní molekulová hmotnost

4 ZÁKLADNÍ VÝPOČTY V CHEMII V běžné chemické a laboratorní praxi se pro základní výpočty uvažují výpočty z roztoků. Roztoky jsou homogenní směsi látek. Roztoky mohou tvořit látky různých skupenství roztoky tuhých látek v kapalinách, plynů v kapalinách, taveniny kovů apod. Látka, která se v roztoku nachází v nadbytku, se označuje jako rozpouštědlo. Nejběžnějším a běžně používaným rozpouštědlem bývá voda. Vyjadřování složení roztoků: Hmotnostní zlomek Hmotnostní zlomek složky B vyjadřuje, jaká část hmotnosti celého roztoku připadá na složku B, je bezrozměrný parametr. W B = m B /m Hmotnostní zlomek používáme k výpočtu vždy, když výpočtem vyjadřujeme procenta, promile nebo PPM jednotky. W B. 100 = % Násobíme-li hmotnostní zlomek stem, vyjádříme látku v procentech. W B = Násobíme-li hmotnostní zlomek tisícem, vyjádříme látku v promilích. W B = PPM Násobíme-li hmotnostní zlomek milionem, vyjádříme látku v jednotkách PPM.

5 Př.: Kolik procent železa je obsaženo v Fe 2 O 3? V tabulkách si najdeme atomové hmotnosti Fe a O. (Fe =55, O=16) Pak vypočítáme molekulovou hmotnost Fe 2 O 3, jako součet obsažených atomů, což je 2xFe (2x55=110) plus 3xO (3x16=48). Hmotnost Fe 2 O 3 je 158g. W Fe = m Fe /m Fe2 O 3 W Fe = 2.55/ 158= 0,69.100= 69% Oxid železitý obsahuje 69% železa. Příklad k procvičení: Př.: Kolik procent hliníku obsahuje Al 2 O 3? Objemový zlomek Používáme pro výpočet vždy, když máme roztok skupenství kapalného nebo plynného, a opět jej můžeme použít, pokud potřebujeme vyjádřit procenta, promile nebo PPM jednotky. Vlastní objemový zlomek je bezrozměrný parametr. Označujeme jej písmenem ( čti fí), udává jaká část objemu roztoku připadá na rozpuštěnou látku, číselně může nabývat hodnot od 0 do 1. B = V B /V Př: Máte- li jeden litr likéru o koncentraci 20% vol.(v/v), kolik je v tomto likéru 100% alkoholu? V B = B. V V = 1l B = 0,2 ( vyjádřeno v % je 20) V(alkoholu) = 0,2. 1= 0,2 l. V takto připraveném likéru je 0,2 l alkoholu.

6 Koncentrace látkového množství Udává látkové množství (počet molů) látky B obsažené v jednom litru roztoku. Jednotka : mol/l, mol/dm 3. c(b)= n(b)/ V n(b) - látkové množství látky B v molech. V - objem roztoku v litrech. Molární hmotnost Molární hmotnost vyjadřuje hmotnost jednoho molu látky. Pro praktické použití můžeme stanovit molární hmotnosti látek z periodické tabulky tak, že sečteme relativní atomové hmotnosti tvořící molekulu. Molární hmotnost M(B) slouží pro transformaci látkového množství a hmotnosti čisté látky. m B = M(B). n(b) Molalita Molalita složky B udává látkové množství látky B, připadající na jeden kilogram rozpouštědla. Jednotka mol/kg. µ(b)= n(b)/ m r n(b) je látkové množství látky B v molech. m r je hmotnost rozpouštědla v kg. Př.: Jaká je molalita roztoku připraveného rozpuštěním 30g dusičnanu draselného v 300ml vody? µ(kno 3 ) = n(kno 3 )/ m r n(kno 3 ) = m(kno 3 )/ M(KNO 3 )... dopočítejte Závěr:...

7 Příklad k procvičení: Př.: Kolik gramů hydrogenuhličitanu draselného je třeba k přípravě 250ml roztoku o koncentraci c (KHCO 3 ) = 0,2 mol/l. m KHCO3 =? V = 0,250 l M(KHCO 3 ) = 100,12 g/mol ( V tabulkách sečteme atomové hmotnosti prvků). Vycházíme ze vztahů : c(b)= n(b)/ V a m B = M(B). n(b) úpravou dostaneme : c (KHCO 3 ) = jediná neznámá je : m(khco 3 )= c(khco 3 ). V. M(KHCO 3 ) =0,2. 0, ,12 = 5,006g Odpověď: K přípravě 250ml roztoku 0,2 mol roztoku hydrogenuhličitanu sodného je třeba 5,006 g hydrogenuhličitanu sodného. Hustota Běžně používaný vztah pro vyjádření hustoty používáme pro transformaci hmotnosti a objemu roztoku. Jednotka g/l. m R =. V

8 Výpočty z rovnice Kolik gramů oxidu fosforečného vznikne spálením 500g červeného fosforu? Použijeme přímou úměru. Nejdříve si napíšeme rovnici: 4P + 5O 2 2P 2 O 5 Vyhledáme atomové hmotnosti v tabulkách a zjistíme molekulovou hmotnost P 2 O 5 ( P=31, O= 16,P 2 O 5 = 142g/mol) Uvědomíme si, že platí následující vztah: m = n.m 4.31 gp g P 2 O 5 500g P...m g P 2 O 5... m(p 2 O 5 ) =. 500 = 1145g P 2 O 5 Odpověď: Spálením 500g červeného fosforu vznikne 1145g oxidu fosforečného. Vypočítejte následující příklady: 1. Ve 100g vody bylo rozpuštěno 15g NaOH. Vyjádřete kolika procentní roztok NaOH vznikl. Kolik procent v tomto roztoku připadá na vodu? Výsledek : Roztok NaOH je 13%. Odpověď: Takto vzniklý roztok obsahuje 87% vody.

9 2. Co znamená výraz 1 M roztok NaOH? 1 mol = 1 gram-molekula = molekulární hmotnost vyjádřená v g. Molekulární hmotnost NaOH se rovná součtu hmotnosti všech atomů (údaje bereme z periodické tabulky prvků - součet atomových hmotností Na + O + H) = 40 1mol NaOH = 40 g Odpověď: V 1 l jednomolárního roztoku NaOH se nachází 1 mol (40 g) NaOH. 3. Dle tabulek nalezněte, vyjádřete a doplňte molekulové hmotnosti a názvy následujících sloučenin: Al 2 O 3... Fe 2 O 3... NaOH... KOH... HNO 3... H 2 SO Kolik ml 64 % kyseliny dusičné o hustotě ( = 1,3866g/ml) je třeba na přípravu 1l jejího 2M roztoku? Postup: a/ Z definice molality vyplývá, že 1l roztoku HNO 3 obsahuje 2moly HNO 3. b/ Z tabulek spočítáme relativní molekulovou hmotnost HNO 3. M(HNO 3 ) = 63 c/ Pak hmotnost HNO 3 (100%) vyjádříme ze vztahu: m(hno 3 ) = n. M HNO 3 =2.63= 126g

10 d/ Provedeme přepočet na 64% kyselinu s využitím nepřímé úměry: 126g...100% HNO 3 x...64% HNO 3 x : 126 = 100 : 64 x= 196,9 g 64% kyseliny dusičné e/ Vypočítáme objem roztoku dle vztahu : V= m/ V= 196,9/ 1,3866 = 142 ml Odpověď: Na přípravu 1 l kyseliny dusičné o koncentraci 2M budeme potřebovat 142 ml 64% kyseliny. 5. Zakroužkujte správnou odpověď Je roztok vzniklý rozpuštěním 0,5mol látky v 0,5l rozpouštědla jednomolární? Ano...Ne. 6. Vypočtěte kolik NaOH musíte navážit, aby bylo možné připravit 250ml 0,2mol roztoku? Odpověď: 7. Kolik procent bude mít roztok vzniklý ze 3g NaCl a doplněný do 100g vodou? Odpověď: 8. Kolik gramů zlata se bude nacházet v jedné tuně zeminy, pokud bude obsahovat 5 PPM zlata? Odpověď:

11 9. Pokud roztok obsahuje..*...mg látky v 10ml tohoto roztoku, kolik gramů je pak obsaženo v 1l tohoto roztoku. * Doplňte den Vašeho narození. Odpověď: 10. Zakroužkujte správnou odpověď: Jedno promilovou hmotnostní koncentraci látky získáme rozpuštěním 1g látky v 1000 ml rozpouštědla? Ano...Ne. Jedno promilovou hmotnostní koncentraci látky získáme rozpuštěním 1g látky v 999 ml rozpouštědla? Ano...Ne. Jedno promilovou hmotnostní koncentraci látky získáme rozpuštěním 1g látky v 999 g rozpouštědla? Ano...Ne. Jednoprocentní hmotnostní koncentraci látky získáme rozpuštěním 1g látky ve 100g rozpouštědla? Ano...Ne. Jednoprocentní hmotnostní koncentraci látky získáme rozpuštěním 1g látky ve 99g rozpouštědla? Ano...Ne.

12 MÍSENÍ ROZTOKŮ Pro výpočty při mísení roztoků můžeme používat směšovací rovnice nebo křížové pravidlo. Pokud ředíme vodou, voda je roztok s koncentrací 0. Směšovací rovnice: m 1.c 1 +m 2.c 2 = (m 1 +m 2 ).c 3 m 1, m 2... hmotnosti výchozích roztoků c 1,c 2... koncentrace výchozích roztoků c 3... koncentrace výsledného roztoku Př.: Jakou koncentraci bude mít roztok NaOH, vzniklý smíšením 1kg 50% roztoku a 6kg 15%roztoku? Dosadíme do vztahu: m 1.c 1 +m 2.c 2 = (m 1 +m 2 ).c 3 Vypočteme: = ( ). c 3 C 3 = / 7 = 20% Odpověď: Koncentrace výsledného roztoku NaOH bude 20%. Př.: Kolik 15% a kolik 50% roztoku se musí smísit, aby vzniklo 7kg 20% roztoku? Ukázka řešení křížovým pravidlem. Do horních rohů se napíše výchozí koncentrace roztoků, do středu výsledná. Do kříže se odečítá nižší hodnota od vyšší. V dolních rozích čtverce se zapíší díly roztoku odpovídajícím jednotlivým koncentracím, které se musí použít. 50% 15% 20% dílů 30 dílů Výsledek 5dílů 50% a 30 dílů 15% celkový počet dílů 5+30= 35.

13 Pokud 7kg rozdělíme na 35 dílů, dostaneme hodnotu jednoho dílu a to je 0,2kg. Je třeba 5.0,2=1kg 50% a 30. 0,2=6kg 15% roztoku. Odpověď: Pro přípravu požadovaného roztoku budeme potřebovat 1kg 50% roztoku a 6kg 15% roztoku. Známe-li koncentrace a objemy můžeme využít směšovací rovnice typu: V 1. c 1 + V 2. c 2 = V. c V 1, V 2,... objemy směšovacích roztoků V... objem výsledného roztoku c 1,c 2... látkové koncentrace směšovacích roztoků c... látková koncentrace výsledného roztoku Příklad k procvičení: Vypočtěte molární koncentraci roztoku vzniklého smísením 200ml 0,2M roztoku kyseliny sírové a 300ml roztoku stejné kyseliny. (Výsledek: c=0,14mol/l)

14 Literatura: HandlířK., Kalousová j., Koudelka L., Kozáková M., Nádvorník M., Tichá H., Vlček M.: Výpočty a cvičení z obecné a anorganické chemie, Pardubice Koch M.: Chemie cvičení, VŠZ Brno, Brno Mareček A., Honza J.: Chemie - sbírka příkladů, Proton, Brno